[go: up one dir, main page]

RU2753838C1 - Method for determining the distance to ground fault locations on two power transmission lines in networks with low ground fault currents - Google Patents

Method for determining the distance to ground fault locations on two power transmission lines in networks with low ground fault currents Download PDF

Info

Publication number
RU2753838C1
RU2753838C1 RU2020142617A RU2020142617A RU2753838C1 RU 2753838 C1 RU2753838 C1 RU 2753838C1 RU 2020142617 A RU2020142617 A RU 2020142617A RU 2020142617 A RU2020142617 A RU 2020142617A RU 2753838 C1 RU2753838 C1 RU 2753838C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
currents
emergency
mode
line
Prior art date
Application number
RU2020142617A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Леонидович Куликов
Владислав Юрьевич Осокин
Антон Алексеевич Лоскутов
Александр Александрович Севостьянов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority to RU2020142617A priority Critical patent/RU2753838C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2753838C1 publication Critical patent/RU2753838C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electric power industry.
SUBSTANCE: invention relates to the electric power industry; it can be used to determine locations of damage in earth faults on two different power transmission lines of a 6-35 kV distribution network with low earth fault currents. In the claimed method, phase current and phase voltage are measured, according to the increase in phase currents of damaged phases on one and the other line, the emergency mode associated with the occurrence of single-phase earth faults on two lines, at different phases, is determined. According to the method, along with currents and voltages of the emergency mode, currents and voltages of the pre-emergency (normal) mode are recorded, components of the pure emergency mode are obtained from the difference of currents and voltages of the emergency and pre-emergency modes, distances to locations of damages on one and the other lines are calculated, ensuring a reduction in the influence of the current distribution of branches and the load mode on the accuracy of calculations due to the use of currents and voltages of the pure emergency mode.
EFFECT: technical result is an increase in the accuracy of the method for determining the distance to locations of earth faults.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для определения мест повреждений при замыканиях на землю на двух разных линиях электропередачи распределительной сети 6-35 кВ с малыми токами замыкания на землю.The invention relates to the electric power industry and can be used to determine the locations of damage during ground faults on two different power lines of the 6-35 kV distribution network with low ground fault currents.

Известен «Способ определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю» (Патент РФ №2557375 от 29.04.2014 г., МПК G01R 31/08, опубл. 20.07.2015г., Бюл. № 20), согласно которому производят измерение фазного тока и фазного напряжения при помощи измерительного органа сопротивления. Измерительный орган сопротивления включают на фазные токи и фазные напряжения поврежденных линий, отходящих от одних шин подстанции, по росту фазных токов Iф1 и Iф2 поврежденных фаз ф1 на одной линии и ф2 на другой линии, определяют возникновение однофазных замыканий на землю на двух линиях, на разных фазах, вычисляют абсолютные значения индуктивного сопротивления Xф1 и Xф2 контуров поврежденных фаз ф1, ф2 по следующим выражениям:The known "Method for determining the distance to ground faults on two power lines in networks with low ground fault currents" (RF Patent No. 2557375 dated 04/29/2014, IPC G01R 31/08, publ. 07/20/2015, Bul. No. 20), according to which the phase current and phase voltage are measured using a resistance measuring organ. The resistance measuring organ is switched on to the phase currents and phase voltages of damaged lines extending from some substation buses, according to the growth of phase currents I f1 and I f2 of damaged phases f1 on one line and f2 on another line, determine the occurrence of single-phase earth faults on two lines, at different phases, the absolute values of the inductive resistance X f1 and X f2 of the contours of the damaged phases f1, f2 are calculated according to the following expressions:

Figure 00000001
Figure 00000001

и вычисляют расстояние до места повреждения l на одной линии и расстояние до места повреждения l на другой линии по формуламand calculate the distance to the place of damage l 1k on one line and the distance to the place of damage l 2k on the other line according to the formulas

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где Re(Uф1(2)), Im(Uф1(2)), Re(Iф1(2)), Im(Iф1(2)) - реальные и мнимые составляющие фазного тока и напряжения поврежденных фаз, X0луд, X1луд - удельные индуктивные сопротивления прямой и нулевой последовательности линии электропередачи.where Re (U f1 (2) ), Im (U f1 (2) ), Re (I f1 (2) ), Im (I f1 (2) ) - real and imaginary components of the phase current and voltage of the damaged phases, X 0 lud , X 1lud - specific inductive resistances of direct and zero sequence power lines.

Недостатком способа является низкая точность, связанная с неполным учетом взаимных индуктивностей фаз, величины нагрузки и ответвлений при определении расстояния до мест повреждений линий электропередачи.The disadvantage of this method is the low accuracy associated with incomplete consideration of the mutual inductances of the phases, the magnitude of the load and branches when determining the distance to places of damage to power lines.

Наиболее близким техническим решением является «Способ определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю» (Патент РФ №2674528 от 20.12.2017 г., МПК G01R 31/08, опубл. 11.12.2018, Бюл. № 35), согласно которому производят измерение фазного тока и фазного напряжения при помощи измерительного органа сопротивления, измерительный орган сопротивления включают на фазные токи и фазные напряжения поврежденных линий, отходящих от одних шин подстанции, по росту фазных токов Iф1 и Iф2 поврежденных фаз ф1 на одной линии и ф2 на другой линии, определяют возникновение однофазных замыканий на землю на двух линиях, на разных фазах, вычисляют абсолютные значения индуктивного сопротивления X ф1 и X ф2 контуров поврежденных фаз ф1, ф2 по следующим выражениям:The closest technical solution is "A method for determining the distance to ground fault locations on two power lines in networks with low ground fault currents" (RF Patent No. 2674528 of 12/20/2017, IPC G01R 31/08, publ. 12/11/2018 , Bull. No. 35), according to which the phase current and phase voltage are measured using a resistance measuring organ, the resistance measuring organ is switched on to the phase currents and phase voltages of damaged lines extending from some substation buses, according to the growth of phase currents I f1 and I f2 damaged phases f1 on one line and f2 on the other line, determine the occurrence of single-phase ground faults on two lines, on different phases, calculate the absolute values of the inductive resistance X f1 and X f2 of the contours of the damaged phases f1, f2 according to the following expressions:

Figure 00000004
Figure 00000004

где Re(U ф1(2)), Im(U ф1(2)), Re(I ф1(2)), Im(I ф1(2)) - реальные и мнимые составляющие фазного тока и напряжения поврежденных фаз, вычисляют расстояние до места повреждения l1 к на одной линии и расстояние до места повреждения l2 к на другой линии. При определении расстояния до мест двойных замыканий на землю дополнительно учитывают взаимные индуктивные сопротивления фаз поврежденных линий электропередачи, а расчет расстояния до ближнего места повреждения l и дальнего места повреждения l осуществляют по следующим выражениям:where Re ( U f1 (2) ), Im ( U f1 (2) ), Re ( I f1 (2) ), Im ( I f1 (2) ) - real and imaginary components of the phase current and voltage of the damaged phases, calculate the distance to the place of damage l 1 k on one line and the distance to the place of damage l 2 k on the other line. When determining the distance to the places of double earth faults, the mutual inductive resistances of the phases of the damaged power transmission lines are additionally taken into account, and the calculation of the distance to the nearest place of damage l 1k and the distant place of damage l 2k is carried out according to the following expressions:

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где

Figure 00000007
;
Figure 00000008
– сопротивления взаимной индукции неповрежденных фаз первой линии относительно поврежденной фазы;
Figure 00000009
;
Figure 00000010
– сопротивления взаимной индукции неповрежденных фаз второй линии относительно поврежденной фазы; I ф11 – ток поврежденной фазы первой линии; I ф22 - ток поврежденной фазы второй линии; I ф12, I ф13 – токи неповрежденных фаз первой линии; I ф21, I ф23 – токи неповрежденных фаз второй линии; х л1, х л2 – удельные индуктивные сопротивления соответственно первой и второй линии электропередачи; z m1, z m2 – удельные сопротивления взаимной индукции соответственно первой и второй линии электропередачи.where
Figure 00000007
;
Figure 00000008
- resistance of mutual induction of undamaged phases of the first line relative to the damaged phase;
Figure 00000009
;
Figure 00000010
- resistance of mutual induction of undamaged phases of the second line relative to the damaged phase; I f11 - current of the damaged phase of the first line; I f22 - current of the damaged phase of the second line; I f12 , I f13 - currents of undamaged phases of the first line; I f21 , I f23 - currents of undamaged phases of the second line; x l1 , x l2 - specific inductive resistances of the first and second power transmission lines, respectively; z m1 , z m2 - specific resistances of mutual induction, respectively, of the first and second power transmission lines.

Недостатком способа является низкая точность, связанная с неполным учетом величины нагрузки и влияния ответвлений при определении расстояния до мест повреждений линий электропередачи.The disadvantage of this method is the low accuracy associated with incomplete taking into account the magnitude of the load and the influence of the branches when determining the distance to the places of damage to power lines.

Задача изобретения – повышение точности способа определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю за счет уменьшения влияния нагрузки и ответвлений линий электропередачи.The objective of the invention is to improve the accuracy of the method for determining the distance to ground faults on two power lines in networks with low ground fault currents by reducing the influence of the load and branches of the power lines.

Поставленная задача достигается способом определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю, согласно которому производят измерение фазного тока и фазного напряжения при помощи измерительного органа сопротивления, измерительный орган сопротивления включают на фазные токи и фазные напряжения поврежденных линий, отходящих от одних шин подстанции, по росту фазных токов поврежденных фаз на одной и другой линии определяют аварийный режим, связанный с возникновение однофазных замыканий на землю на двух линиях, на разных фазах, вычисляют расстояние до места повреждения на одной линии и расстояние до места повреждения на другой линии. Согласно предложения наряду с токами и напряжениями аварийного режима фиксируют токи и напряжения доаварийного (нормального) режима, по разности токов и напряжений аварийного и доаварийного режимов получают составляющие чистоаварийного режима, вычисляют расстояния до мест повреждения на одной и другой линиях, обеспечивая снижение влияния токораспределения ответвлений и нагрузочного режима на точность вычислений за счет использования токов и напряжений чистоаварийного режима, по следующему выражению: The task is achieved by the method of determining the distance to the places of earth faults on two power lines in networks with low earth fault currents, according to which the phase current and phase voltage are measured using a resistance measuring organ, the resistance measuring organ is switched on to the phase currents and phase voltages of the damaged lines departing from some substation buses, according to the growth of the phase currents of the damaged phases on one and the other line, determine the emergency mode associated with the occurrence of single-phase ground faults on two lines, on different phases, calculate the distance to the fault location on one line and the distance to the place damage on another line. According to the proposal, along with the currents and voltages of the emergency mode, the currents and voltages of the pre-emergency (normal) mode are recorded, the components of the purely emergency mode are obtained from the difference between the currents and voltages of the emergency and pre-emergency modes, the distances to the fault locations on one and the other lines are calculated, ensuring a decrease in the influence of the current distribution of the branches and load mode on the accuracy of calculations due to the use of currents and voltages of the purely emergency mode, according to the following expression:

Figure 00000011
,
Figure 00000011
,

где

Figure 00000012
- расстояние до места повреждения;
Figure 00000013
– удельное сопротивление взаимной индукции;
Figure 00000014
– удельное сопротивление линии;
Figure 00000015
– фазное напряжение соответствующего режима на шинах;
Figure 00000016
– ток, протекающий в месте установки защиты;
Figure 00000017
– ток, протекающий в месте повреждения; индекс «x» обозначает анализируемую линию (L1 – соответствует линии 1, L2 – линии 2); индекс «y» указывает фазу (пов.1 – поврежденная фаза анализируемой линии, пов.2 – поврежденная фаза соседней линии, неп – неповрежденная фаза); индекс «z» соответствует расчетному режиму (н – нормальный режим, кз – аварийный режим, ав – чистоаварийный режим).where
Figure 00000012
- distance to the place of damage;
Figure 00000013
- specific resistance of mutual induction;
Figure 00000014
- line resistivity;
Figure 00000015
- phase voltage of the corresponding mode on the buses;
Figure 00000016
- current flowing in the place of protection installation;
Figure 00000017
- current flowing at the place of damage; index "x»Denotes the analyzed line (L1 - corresponds to line 1,L2 - lines 2); index "y»Indicates the phase (st.1 - damaged phase of the analyzed line, st.2 - damaged phase of the adjacent line, undamaged phase); index "z»Corresponds to the design mode (n - normal mode, kz - emergency mode, aw - purely emergency mode).

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая применение метода наложения.FIG. 1 is a diagram illustrating the application of the overlay method.

На фиг. 2 приведена схема замещения чистоаварийного режима в трехфазном исполнении, поясняющая расчетные соотношения для предлагаемого способа. На фиг. 2 введены следующие обозначения: FIG. 2 shows an equivalent circuit for a purely emergency mode in a three-phase version, which explains the calculated ratios for the proposed method. FIG. 2 introduced the following notation:

z с – эквивалентное трехфазное сопротивление системы – (1); z with - equivalent three-phase resistance of the system - (1);

z л – трехфазное сопротивление линии – (2); z l - three-phase line resistance - (2);

R п1, R п2 – переходные сопротивления в местах замыканий (31) и (32) на первой и второй линиях; R p1 , R p2 - transition resistances at the points of closures (3 1 ) and (3 2 ) on the first and second lines;

z н1 – эквивалентное трехфазное сопротивление нагрузки первой линии (41); z n1 - equivalent three-phase load resistance of the first line (41);

z н2 – эквивалентное трехфазное сопротивление нагрузки второй линии (42); z n2 - equivalent three-phase load resistance of the second line (42);

ИО – измерительный орган сопротивления первой (51) и второй (52) линий электропередачи. IO - measuring organ of resistance of the first (5 1 ) and second (5 2 ) power lines.

l 1, l 2 – расстояния до мест замыканий на землю на первой и второй линиях электропередачи; l 1 , l 2 - distances to ground faults on the first and second power lines;

L 1 и L 2 - длина первой и второй линии электропередачи. L 1 and L 2 - the length of the first and second transmission lines.

На фиг. 3 представлена схема участка электрической сети для проведения имитационных экспериментов.FIG. 3 shows a diagram of a section of an electrical network for carrying out simulation experiments.

Фиг. 4 иллюстрирует зависимость расчетных расстояний до точек повреждения от фактических при двойных замыканиях на землю на ЛЭП без ответвлений (фиг. 4.а - для точки k1 (фиг. 3); фиг. 4.б - для точки k2 (фиг. 3)).FIG. 4 illustrates the dependence of the calculated distances to the points of damage on the actual ones for double earth faults on power lines without branches (Fig.4a - for point k 1 (Fig. 3); Fig. 4.b - for point k 2 (Fig. 3 )).

Фиг. 5 иллюстрирует зависимость расчетных расстояний до точек повреждения от фактических при двойных замыканиях на землю на ЛЭП с ответвлениями (фиг. 5.а - для точки k3 (фиг. 3); фиг. 5.б - для точки k4 (фиг. 3)).FIG. 5 illustrates the dependence of the calculated distances to the points of damage from the actual ones for double earth faults on power lines with branches (Fig. 5.a - for point k 3 (Fig. 3); Fig. 5.b - for point k 4 (Fig. 3 )).

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Как и в способе-прототипе, в предлагаемом способе определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю по росту фазных токов поврежденных фаз на одной линии и на другой линии определяют возникновение однофазных замыканий на землю на двух линиях, на разных фазах.As in the prototype method, in the proposed method for determining the distance to ground faults on two power lines in networks with low ground fault currents by the growth of phase currents of damaged phases on one line and on the other line, the occurrence of single-phase ground faults on two lines is determined. lines at different phases.

Известные способы определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю (например, способ-прототип) основаны на замере и дальнейшей обработке параметров аварийного режима. Аварийные составляющие токов и напряжений содержат в себе компоненты чистоаварийного и доаварийного (нормального) режимов. Целесообразно разделение аварийного режима на нагрузочную (доаварийную) и чистоаварийную составляющие с применением метода наложения. Отметим, что чистоаварийные составляющие токов и напряжений формируются путем вычитания из составляющих аварийного режима, составляющих предшествующего нормального (доаварийного) режима.Known methods for determining the distance to ground fault locations on two power lines in networks with low ground fault currents (for example, a prototype method) are based on the measurement and further processing of emergency mode parameters. The emergency components of currents and voltages contain components of purely emergency and pre-emergency (normal) modes. It is advisable to divide the emergency mode into the load (pre-emergency) and purely emergency components using the superposition method. Note that the purely emergency components of currents and voltages are formed by subtracting from the components of the emergency mode, the components of the previous normal (pre-emergency) mode.

Основная идея метода наложения заключается в уравнивании количества ветвей в электрической сети до и после повреждения. Подразумевается составление двух схем замещения участка электрической сети для нормального и аварийного режимов. Схема замещения при двойных замыканиях на землю на двух линиях, не содержащих ответвлений, приведена на фиг. 1. The main idea of the superposition method is to equalize the number of branches in the electrical network before and after damage. This implies the preparation of two equivalent circuits for a section of the electrical network for normal and emergency modes. The equivalent circuit for double earth faults on two lines without taps is shown in FIG. 1.

При составлении схемы замещения для нормального режима в место предполагаемого замыкания включается фиктивная ветвь ЭДС, значение которой равно доаварийному напряжению в месте повреждения (фиг. 1.а). Схема замещения аварийного режима напротив не содержит ЭДС в месте предполагаемого замыкания (фиг. 1.б). Вычитая по законам Кирхгофа из уравнений аварийной схемы, уравнения доаварийного режима, получаем чистоаварийную схему (фиг 1.в), которая содержит в неискаженном виде всю необходимую информацию для определения места повреждения.When drawing up the equivalent circuit for the normal mode, a fictitious EMF branch is switched on at the place of the alleged short circuit, the value of which is equal to the pre-emergency voltage at the place of damage (Fig. 1.a). The equivalent circuit of the emergency mode, on the contrary, does not contain EMF at the place of the alleged short circuit (Fig. 1.b). Subtracting, according to Kirchhoff's laws, from the equations of the emergency scheme, the equations of the pre-emergency mode, we obtain a purely emergency scheme (Fig. 1.c), which contains in an undistorted form all the necessary information to determine the location of damage.

Расчетные выражения для определения расстояния до мест повреждения получим из схемы замещения для чистоаварийного режима в трехфазном исполнении (фиг 2).Calculated expressions for determining the distance to the places of damage will be obtained from the equivalent circuit for a purely emergency mode in a three-phase version (Fig. 2).

Доаварийные напряжения в месте повреждения (фиг. 2) определяются по выражению:Pre-emergency stresses at the site of damage (Fig. 2) are determined by the expression:

Figure 00000018
Figure 00000018

В выражении (1) и далее введены следующие обозначения:

Figure 00000019
- расстояние до места повреждения;
Figure 00000020
– удельное сопротивление взаимной индукции;
Figure 00000021
– удельное сопротивление линии;
Figure 00000022
– фазное напряжение соответствующего режима в месте установки защиты;
Figure 00000023
– ток, протекающий в месте установки защиты;
Figure 00000024
– ток, протекающий в месте повреждения; индекс «x» обозначает анализируемую линию (L1 – соответствует линии 1, L2 – линии 2); индекс «y» указывает фазу (пов.1 – поврежденная фаза анализируемой линии, пов.2 – поврежденная фаза соседней линии, неп – неповрежденная фаза); индекс «z» соответствует расчетному режиму (н – нормальный режим, кз – аварийный режим, ав – чистоаварийный режим),
Figure 00000025
– доаварийное напряжение в месте повреждения.In expression (1) and further, the following designations are introduced:
Figure 00000019
- distance to the place of damage;
Figure 00000020
- specific resistance of mutual induction;
Figure 00000021
- line resistivity;
Figure 00000022
- phase voltage of the corresponding mode at the place of protection installation;
Figure 00000023
- current flowing in the place of protection installation;
Figure 00000024
- current flowing at the place of damage; index "x»Denotes the analyzed line (L1 - corresponds to line 1,L2 - lines 2); index "y»Indicates the phase (st.1 - damaged phase of the analyzed line, st.2 - damaged phase of the adjacent line, undamaged phase); index "z»Corresponds to the design mode (n - normal mode, kz - emergency mode, aw - purely emergency mode),
Figure 00000025
- pre-emergency voltage at the place of damage.

В случае применения чистоаварийной схемы (фиг. 2), влияние нагрузочной составляющей снижается. При коротких замыканиях в точках k1 и k2 (фиг. 2) ЭДС в месте повреждения определяется по следующему выражению:In the case of using a purely emergency circuit (Fig. 2), the effect of the load component is reduced. In case of short circuits at points k 1 and k 2 (Fig. 2), the EMF at the place of damage is determined by the following expression:

Figure 00000026
Figure 00000026

В соответствии с методом наложения, ЭДС в месте повреждения

Figure 00000027
равна доаварийному значению
Figure 00000028
, тогда, подставив выражение (1) в уравнение (2), получаем следующее соотношение: In accordance with the superposition method, EMF at the place of damage
Figure 00000027
equal to pre-emergency value
Figure 00000028
, then, substituting expression (1) into equation (2), we obtain the following relation:

Figure 00000029
Figure 00000029

После вынесения за скобки общих множителей имеем следующее равенство:After removing the common factors from the brackets, we have the following equality:

Figure 00000030
Figure 00000030

Выразив l x из выражения (4), получим формулу для расчета расстояния до места повреждения:Expressing l x from expression (4), we obtain the formula for calculating the distance to the damage site:

Figure 00000031
Figure 00000031

илиor

Figure 00000032
Figure 00000032

Применение чистоаварийного режима позволяет снизить влияние нагрузки на точность расчета расстояний до повреждения с учетом того, что ток, протекающий через нагрузку, одинаков как в нагрузочном, так и аварийном режимах, поэтому значение

Figure 00000033
. Аналогичным образом снижается влияние на точность расчета расстояний до повреждений ответвлений ЛЭП.The use of a purely emergency mode reduces the effect of the load on the accuracy of calculating the distances to damage, taking into account the fact that the current flowing through the load is the same both in the load and emergency modes, therefore the value
Figure 00000033
... In a similar way, the impact on the accuracy of calculating the distances to damage to power line branches is reduced.

Поскольку переходное сопротивление, как правило, принимается активным, то его влияние можно исключить за счет рассмотрения только реактивных составляющих. Since the transient resistance, as a rule, is assumed to be active, its influence can be excluded by considering only the reactive components.

Тогда расстояние до точки повреждения определяется по следующему выражению:Then the distance to the point of damage is determined by the following expression:

Figure 00000034
Figure 00000034

Выражение (7) является универсальным и позволяет определять расстояние как для ближней, так и для дальней точки повреждения ЛЭП при двойных замыканиях на землю.Expression (7) is universal and allows you to determine the distance for both the near and far points of damage to power lines in case of double earth faults.

Замер токов и напряжений нормального (доаварийного) и аварийного процесса производится в месте установки ИО 51 и 52, (фиг. 2) подключенных на фазный ток и фазное напряжение относительно земли. Measurement of currents and voltages of the normal (pre-emergency) and emergency process is carried out at the installation site of the IO 5 1 and 5 2 , (Fig. 2) connected to the phase current and phase voltage relative to the ground.

Практическая реализация предлагаемого способа определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю может быть выполнена с использование измерительных органов сопротивления (51 и 52), входящих в состав современных комплексов дистанционной защиты. Измерительный орган сопротивления, включенный на фазный ток и фазное напряжение, соответствует требованию пропорциональности сопротивления на зажимах реле расстоянию до места повреждения в режиме двойного замыкания на землю в распределительной сети с малыми токами замыкания на землю. Отметим, что получение чистоаварийных составляющих токов и напряжений, необходимых для расчета расстояний до мест повреждения согласно выражению (7), реализуется путем вычитания из составляющих аварийного режима, составляющих предшествующего нормального (доаварийного) режима. Информация о доаварийных составляющих токов и напряжений обновляется для каждого текущего цикла измерений в памяти устройства, реализующего предлагаемый способ.Practical implementation of the proposed method for determining the distance to ground fault locations on two power lines in networks with low ground fault currents can be performed using resistance measuring devices (5 1 and 5 2 ), which are part of modern distance protection systems. The resistance measuring element, connected to the phase current and phase voltage, meets the requirement of proportionality of the resistance at the relay terminals to the distance to the fault location in the double earth fault mode in a distribution network with low earth fault currents. Note that obtaining the purely emergency components of currents and voltages necessary for calculating the distances to damage sites according to expression (7) is realized by subtracting from the components of the emergency mode, the components of the previous normal (pre-emergency) mode. Information about the pre-emergency components of currents and voltages is updated for each current measurement cycle in the memory of a device that implements the proposed method.

Оценка точности предлагаемого способа определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю реализовалось в программном комплексе Matlab и среде моделирования Simulink. Имитация повреждений проводилась на модели участка электрической сети, содержащей ЛЭП с распределенными параметрами и предполагающей заданный набор конфигураций (фиг. 3). The assessment of the accuracy of the proposed method for determining the distance to ground fault locations on two power lines in networks with low ground fault currents was implemented in the Matlab software package and the Simulink simulation environment. Damage simulation was carried out on a model of a section of an electrical network containing a power transmission line with distributed parameters and assuming a given set of configurations (Fig. 3).

Параметры имитационной модели включали: напряжение сети 35 кВ; длины линий: L 1 = 20 км; L 2 = 20 км; L 3 = 25 км; L 4.1 = 10 км; L 4.1 = 5 км; L 4.2 = 10 км; L 5 = 30 км; L 6.1 = 20 км; L 6.2 = 10 км; удельное сопротивление каждой из фаз

Figure 00000035
Ом/км; удельное сопротивление взаимной индукции
Figure 00000036
Ом/км; переходные сопротивления в местах замыканий определялись случайной величиной, распределенной по равномерному закону в диапазоне от 0 до 20 Ом; потребляемая мощность нагрузки принята одинаковой для всех присоединений:
Figure 00000037
, что соответствует сопротивлению
Figure 00000038
The parameters of the simulation model included: network voltage 35 kV; line lengths: L 1 = 20 km; L 2 = 20 km; L 3 = 25 km; L 4.1 = 10 km; L 4.1 = 5 km; L 4.2 = 10 km; L 5 = 30 km; L 6.1 = 20 km; L 6.2 = 10 km; resistivity of each phase
Figure 00000035
Ohm / km; specific resistance of mutual induction
Figure 00000036
Ohm / km; the transient resistances at the points of short-circuits were determined by a random value distributed according to a uniform law in the range from 0 to 20 ohms; power consumption of the load is assumed to be the same for all connections:
Figure 00000037
, which corresponds to the resistance
Figure 00000038

В процессе моделирования были заданы следующие допущения:During the simulation, the following assumptions were made:

1) трехфазные элементы системы принимались симметричными;1) the three-phase elements of the system were assumed to be symmetrical;

2) переходное сопротивление выбрано чисто активным;2) the transition resistance is chosen to be purely active;

3) вид повреждения и поврежденные фазы известны.3) the type of damage and the damaged phases are known.

Обработка результатов моделирования позволила получить зависимости расчетных расстояний, от фактических значений, задаваемых при проведении имитационных экспериментов (фиг. 4, фиг. 5). Для анализа преимуществ предложенного способа определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю проводилось сравнение результатов расчета расстояний до мест повреждения со значениями, рассчитанными по способу-прототипу, использующих параметры аварийного режима.The processing of the simulation results made it possible to obtain the dependence of the calculated distances on the actual values set during the simulation experiments (Fig. 4, Fig. 5). To analyze the advantages of the proposed method for determining the distance to ground fault locations on two power lines in networks with low ground fault currents, the results of calculating the distances to the fault locations were compared with the values calculated by the prototype method using emergency mode parameters.

На фиг. 4 представлены расчетные зависимости при двойных замыканиях на землю на линиях без ответвлений, полученные с применением чистоаварийной схемы (кружок на графике), и по параметрам аварийного режима, соответствующих способу-прототипу (крестик на графике) для точек k1 и k2 (фиг.3). Анализ полученных результатов показывает, что применение чистоаварийного режима позволяет существенно снизить отклонения расчётных расстояний от фактических. По сравнению со способом-прототипом, предлагаемый способ определения места повреждения позволяет снизить максимальное значение относительной погрешности с 45% до 16%. FIG. 4 shows the calculated dependences for double earth faults on lines without branches, obtained using a purely emergency scheme (circle on the graph), and according to the parameters of the emergency mode corresponding to the prototype method (cross on the graph) for points k 1 and k 2 (Fig. 3). An analysis of the results obtained shows that the use of a purely emergency mode can significantly reduce the deviation of the calculated distances from the actual ones. Compared with the prototype method, the proposed method for determining the location of damage can reduce the maximum value of the relative error from 45% to 16%.

Для обоснования преимуществ применения разработанного способа определения расстояния до мест замыканий на землю для линий с ответвлениями, имитировалось двойное замыкание на землю в точке k3 (КЗ до ответвления) и в точке k4 (КЗ после ответвления) (фиг. 3).To substantiate the advantages of using the developed method for determining the distance to ground faults for lines with branches, a double ground fault was simulated at point k 3 (short circuit before branch) and at point k 4 (short circuit after branch) (Fig. 3).

Расчетные значения способа-прототипа при наличии ответвлений ЛЭП имеют относительную погрешность, достигающую 50%, и обозначены кружками на фиг. 5. Применение чистоаварийного режима в предлагаемом способе, позволяет снизить максимальное значение относительной погрешности расчета расстояния до места повреждения до 15% (фиг. 5). Уменьшение размера ошибок достигается за счет, снижения влияния токораспределения на линиях с ответвлениями, а также нагрузочной составляющей при введении чистоаварийного режима. The calculated values of the prototype method in the presence of power line branches have a relative error reaching 50%, and are indicated by circles in FIG. 5. The use of a purely emergency mode in the proposed method allows to reduce the maximum value of the relative error in calculating the distance to the place of damage to 15% (Fig. 5). Reducing the size of errors is achieved by reducing the influence of current distribution on lines with branches, as well as the load component when introducing a purely emergency mode.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет с высокой точностью определить расстояние до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю за счет снижения влияния токораспределения ЛЭП с ответвлениями и нагрузочного режима. Результаты имитационного моделирования участка электрической сети 35 кВ показали существенное (более трех раз) сокращение ошибки расчета расстояния до места повреждения и соответствующее сокращение зоны обхода ЛЭП при двойных замыканиях на землю.Thus, the proposed method allows you to accurately determine the distance to ground fault locations on two power lines in networks with low ground-fault currents by reducing the influence of the current distribution of power lines with branches and the load mode. The results of simulation modeling of a 35 kV electrical network section showed a significant (more than three times) reduction in the error in calculating the distance to the fault location and a corresponding reduction in the transmission line bypass zone in case of double ground faults.

Claims (3)

Способ определения расстояния до мест замыканий на землю на двух линиях электропередачи в сетях с малыми токами замыкания на землю, согласно которому производят измерение фазного тока и фазного напряжения при помощи измерительного органа сопротивления, измерительный орган сопротивления включают на фазные токи и фазные напряжения поврежденных линий, отходящих от одних шин подстанции, по росту фазных токов поврежденных фаз на одной и другой линии определяют аварийный режим, связанный с возникновением однофазных замыканий на землю на двух линиях, на разных фазах, вычисляют расстояние до места повреждения на одной линии и расстояние до места повреждения на другой линии, отличающийся тем, что наряду с токами и напряжениями аварийного режима фиксируют токи и напряжения доаварийного (нормального) режима, по разности токов и напряжений аварийного и доаварийного режимов получают составляющие чистоаварийного режима, вычисляют расстояния до мест повреждения на одной и другой линиях, обеспечивая снижение влияния токораспределения ответвлений и нагрузочного режима на точность вычислений за счет использования токов и напряжений чистоаварийного режима, по следующему выражениюA method for determining the distance to ground fault locations on two power lines in networks with low ground fault currents, according to which the phase current and phase voltage are measured using a resistance measuring organ, the resistance measuring organ is switched on to the phase currents and phase voltages of damaged outgoing lines from some substation buses, according to the growth of the phase currents of the damaged phases on one and the other line, the emergency mode associated with the occurrence of single-phase ground faults on two lines, on different phases is determined, the distance to the fault location on one line and the distance to the fault location on the other are calculated lines, characterized in that, along with the currents and voltages of the emergency mode, the currents and voltages of the pre-emergency (normal) mode are recorded, the components of the purely emergency mode are obtained from the difference between the currents and voltages of the emergency and reduction of the influence of the current distribution of the branches and the load mode on the accuracy of calculations due to the use of currents and voltages of the purely emergency mode, according to the following expression
Figure 00000039
Figure 00000039
где
Figure 00000040
- расстояние до места повреждения;
Figure 00000041
- удельное сопротивление взаимной индукции;
Figure 00000042
- удельное сопротивление линии;
Figure 00000043
- фазное напряжение соответствующего режима на шинах;
Figure 00000044
- ток, протекающий в месте установки защиты; - индекс «x» обозначает анализируемую линию (L1 - соответствует линии 1, L2 - линии 2); индекс «y» указывает фазу (пов.1 - поврежденная фаза анализируемой линии, пов.2 - поврежденная фаза соседней линии, неп - неповрежденная фаза); индекс «z» соответствует расчетному режиму (н - нормальный режим, кз - аварийный режим, ав - чистоаварийный режим).
where
Figure 00000040
- distance to the place of damage;
Figure 00000041
- specific resistance of mutual induction;
Figure 00000042
- line resistivity;
Figure 00000043
- phase voltage of the corresponding mode on the buses;
Figure 00000044
- current flowing in the place of protection installation; - index "x»Denotes the analyzed line (L1 - corresponds to line 1,L2 - lines 2); index "y»Indicates the phase (st.1 - damaged phase of the analyzed line, st.2 - damaged phase of the adjacent line, undamaged phase); index "z»Corresponds to the design mode (n - normal mode, kz - emergency mode, aw - purely emergency mode).
RU2020142617A 2020-12-23 2020-12-23 Method for determining the distance to ground fault locations on two power transmission lines in networks with low ground fault currents RU2753838C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142617A RU2753838C1 (en) 2020-12-23 2020-12-23 Method for determining the distance to ground fault locations on two power transmission lines in networks with low ground fault currents

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020142617A RU2753838C1 (en) 2020-12-23 2020-12-23 Method for determining the distance to ground fault locations on two power transmission lines in networks with low ground fault currents

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2753838C1 true RU2753838C1 (en) 2021-08-24

Family

ID=77669844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020142617A RU2753838C1 (en) 2020-12-23 2020-12-23 Method for determining the distance to ground fault locations on two power transmission lines in networks with low ground fault currents

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2753838C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118759265A (en) * 2024-09-09 2024-10-11 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 Loop resistance measurement method and system for substation considering the influence of grounding branch

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4570231A (en) * 1984-01-27 1986-02-11 Richard H. Bunch Fault finder
RU2532760C1 (en) * 2013-04-05 2014-11-10 Александр Леонидович Куликов Method for determining damaged point of branched power transmission line
RU2584266C1 (en) * 2015-04-02 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method of determining distance to point of damage on power transmission line
RU2639590C2 (en) * 2016-05-04 2017-12-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method for determining location of short circuit on overhead line by arrays of instantaneous values of currents and voltages
RU2674528C1 (en) * 2017-12-20 2018-12-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method for determination of distance to places of earth faults on two power lines in networks with low earth fault currents
RU2719278C1 (en) * 2019-10-31 2020-04-17 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method of determining the point and distance to single-phase ground fault in 6-35 kv electric networks with isolated or compensated neutral line

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4570231A (en) * 1984-01-27 1986-02-11 Richard H. Bunch Fault finder
RU2532760C1 (en) * 2013-04-05 2014-11-10 Александр Леонидович Куликов Method for determining damaged point of branched power transmission line
RU2584266C1 (en) * 2015-04-02 2016-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method of determining distance to point of damage on power transmission line
RU2639590C2 (en) * 2016-05-04 2017-12-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method for determining location of short circuit on overhead line by arrays of instantaneous values of currents and voltages
RU2674528C1 (en) * 2017-12-20 2018-12-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method for determination of distance to places of earth faults on two power lines in networks with low earth fault currents
RU2719278C1 (en) * 2019-10-31 2020-04-17 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) Method of determining the point and distance to single-phase ground fault in 6-35 kv electric networks with isolated or compensated neutral line

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118759265A (en) * 2024-09-09 2024-10-11 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 Loop resistance measurement method and system for substation considering the influence of grounding branch

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Krishnathevar et al. Generalized impedance-based fault location for distribution systems
Sadeh et al. Accurate fault location algorithm for series compensated transmission lines
Saber et al. A backup protection technique for three-terminal multisection compound transmission lines
EP3776778B1 (en) Method and device for protection in a multi-terminal power transmission system
WO1995024014A2 (en) One-terminal data fault location system
CN103529356B (en) For the method and apparatus determining the distance from relatively fault
CN111141995A (en) Line double-end steady-state distance measuring method and system based on amplitude comparison principle
Taheri et al. A fault‐location algorithm for parallel line based on the long short‐term memory model using the distributed parameter line model
Abd el-Ghany et al. A faulted side identification scheme-based integrated distance protection for series-compensated transmission lines
RU2753838C1 (en) Method for determining the distance to ground fault locations on two power transmission lines in networks with low ground fault currents
Ramar et al. A new impedance-based fault location method for radial distribution systems
Zahran et al. Improved ground distance protection for cascaded overhead-submarine cable transmission system
Lima et al. Electrical power systems fault location with one-terminal data using estimated remote source impedance
RU2557375C1 (en) Determination of distance to points of earth connection at two electric power transmission lines in networks with low earth currents
Daisy et al. Single phase fault location in power distribution network using combination of impedance based method and voltage sage matching algorithm
RU2674528C1 (en) Method for determination of distance to places of earth faults on two power lines in networks with low earth fault currents
RU2750421C1 (en) Method for determining distance to places of double earth faults on power lines in networks with low earth fault currents
RU2631121C2 (en) Method of selective identification of outgoing line with single-phase earth fault in distribution networks with voltage of 6-35 kv
Taalab et al. An accurate fault locator for underground distribution networks using modified apparent-impedance calculation
Karegar et al. On-Line transmission line zero sequence impedance estimation using Phasor Measurement Units
Popovic A digital fault-location algorithm taking into account the imaginary part of the grounding impedance at the fault place
Nam et al. Ground-fault location algorithm for ungrounded radial distribution systems
RU2666174C1 (en) Method of determining distance to points of double earth connection at electric power transmission lines in networks with low earth currents
Ghaderi Baayeh et al. Fault location method for medium voltage cables using measured sheaths current in the presence of renewable energy resources
Gazzana et al. A hybrid impedance and transient based analysis technique for fault location in distribution networks